文档介绍：纳米结晶学的研究进展
尽管人们研究结晶学已经有超过一千年的历史,但是人们对于结晶的具体
过程仍旧不是很清楚,特别是从分子前体到几十个纳米的区域,尤其是晶体的
成核过程,由于临界晶核太小,以及较快的成核速率,因此,很难对临界晶核
进行捕获以及对晶体的成核过程进行观测。
早在上世纪八十年代,Sugimoto等人对于在微米尺寸范围内合成单分散的
微米晶进行过一些理论的研究[100],把晶体的成核与生长过程分为三个阶段:首
先,当前体的浓度超过晶体在溶剂中的饱和浓度而成核,即成核阶段;成核消
耗掉大量的前体,但是这时前体的浓度仍高于晶体在溶剂中的饱和浓度,这些
过量的前体将在临界晶核上生长,从而纳米晶的尺寸不断的长大,即生长阶段;
由于纳米晶的不断生长,当反应前体被耗尽的时候,由于小的纳米晶的溶解度
大于大的纳米晶的溶解度,这时小的纳米晶将逐渐溶解,作为反应前体被大的
纳米晶消耗掉,从而造成纳米晶的尺寸分布变宽,即奥氏熟化过程。同时指出,
要合成单分散的微米晶最好在扩散控制下合成,此外还要求快成核与慢生长(成
核阶段与生长阶段尽量分离),尽量避免奥氏熟化。在扩散控制下生长是因为小
的晶体比大的晶体生长速率更快,只要生长期足够长的话,小的晶体总能赶上
大的晶体,如果在反应速率控制下生长的话,大晶体与小晶体的生长速率是一
致的,晶体的尺寸分布很难聚焦。同时,如果成核期越短合成的微米晶也越均
匀。尽管这些理论是在研究微米晶的时候获得的,但是有些理论对于纳米晶同
样适用。
最近,Talapin等通过Monte-Carlo模拟表明:纳米晶表面与溶剂间的界面
张力大小对合成的纳米晶的尺寸分布有影响[101],一般界面张力越大合成的纳米
晶的尺寸分布越窄,这为我们合成单分散的纳米晶提供了一条很好的指导思路。
此外,该小组还模拟了在不同的生长模式下(反应速率控制和扩散控制)以及
不同的反应前体浓度下,尺寸分布随时间的变化情况,以及不同的尺寸分布和
尺寸在奥氏熟化时的变化情况。模拟结果表明,单分散的纳米晶最好在扩散控
制下合成,同时也要避免奥氏熟化的到来。在不同的尺寸大小和不同的尺寸分
布下,在奥氏熟化下的变化趋势也不一定相同,例如,在1-5nm的范围内,由于
奥氏熟化可能导致尺寸分布变窄而不是宽化。同时过大的尺寸分布由于奥氏熟
化也可能变窄。尽管这些结果是由于模拟获得的,但是对我们合成纳米晶仍有
一些指导意义。
[100] T. Sugimoto, Preparation of Monodispersed Colloidal Particles, Adv. Colloid.
Interfac. Sci. 1987, 28, 65-108.
[101] D. V. Talapin, A. L. Rogach, M. Haase, H. Weller, Evolution of an ensemble of
nanoparticles in a colloidal solution: Theoretical study, J. Phys. Chem. B. 2001,
105, 2278-12285.
半导体量子点引起了人们广泛关注,因为它们尺寸相关的光学和电学性能
来源于不同于本体材料的量子尺寸效应[1